1、頁 巖 氣 開 采 技 術天津石油職業技術學院石油工程系鉆井技術教研室郟志剛巖氣開采技術第1頁課 程 目 錄第一章 頁巖氣開采概述第二章 頁巖氣鉆井技術第三章 頁巖氣完井與射孔作業第四章 頁巖氣分段壓裂技術第五章 頁巖氣連續油管技術第六章 頁巖氣試氣工藝第七章 頁巖氣井生產管理技術巖氣開采技術第2頁第一章 頁巖氣開采概述一、頁巖氣概念1.頁巖油氣：主要以吸附和游離方式賦存于富有機質泥頁巖及其夾層中石油與天然氣。2. 頁巖氣：產自極低孔滲、富有機質頁巖儲集系統中天然氣，或自生自儲、以游離氣和吸附氣為主賦存，富集于頁巖儲集系統微-納米級孔縫或礦物顆粒表面天然氣。?巖氣開采技術第3頁第一節 頁巖氣及

2、其特點二、頁巖氣特點1.儲集空間以裂縫為主，以游離氣、吸附氣和水溶氣形式賦存，低滲；2.屬于源生氣，在源巖層內就近聚集，為經典原地成藏模式，與常規天然氣藏不一樣，頁巖氣“生、儲、蓋”自成一體；巖氣開采技術第4頁拋光前 拋光后二、頁巖氣特點3.較常規天然氣相比，含有單井產量低、開采壽命長、生產周期長、產量穩定特點。4.分布在盆地內厚度較大、分布廣頁巖烴源巖地層中，連續性分布。巖氣開采技術第5頁三、頁巖氣賦存頁巖類別頁巖氣主要賦存在黑色富有機質泥頁巖中巖氣開采技術第6頁四、頁巖氣與常規油氣關聯性1、頁巖油氣主要分布于成熟含油氣區；2、積累常規油氣地質資料、樣品可用于確定有利區；3、已經有管網設施能

3、夠利用；4、已形成地球物理、壓裂技術等能夠應用。巖氣開采技術第7頁第二節 國內外頁巖氣勘探開發覺實狀況概 論中國能源消費結構不合理，煤炭消費居高不下，天然氣消費比較偏低，天然氣含有很大發展空間。巖氣開采技術第8頁一、頁巖氣發覺及革命前期18，William A.Hart 在美國紐約弗里多尼亞鉆了第一口產自頁巖商業天然氣井(27 英尺深），被認為是頁巖氣首次發覺。19，在阿巴拉契亞盆地泥盆系Ohio頁巖中，發覺了世界第一個頁巖氣田Big Sandy。受地質認識和技術伎倆限制，人們對這類資源并沒有重視，沒有認識到它巨大潛力，沒有想到它能夠被大規模地開采利用。巖氣開采技術第9頁二、頁巖氣革命開始與發

4、展19811998, Mitchell能源企業堅持在Fort Worth盆地探索試驗，綜合開發了水力壓裂和水平井技術，最終實現了Barnett頁巖氣規模商業開發，開創頁巖氣開發新局面。頁巖氣之父George Mitchell 于取得終生成就獎，以表彰他在頁巖氣開發方面做出出色貢獻。巖氣開采技術第10頁三、全球非常規天然氣資源開發覺實狀況全球頁巖氣資源儲量約456萬億立方米，相當于煤層氣和致密氣總和，主要分布在北美、中亞和中國、中東和北非以及拉美等地域。巖氣開采技術第11頁三、全球非常規天然氣資源開發覺實狀況以后，水平井鉆井技術及分段壓裂、同時壓裂、重復壓裂技術等快速發展及大規模應用，帶來了美國

5、頁巖氣快速發展。Barnett頁巖氣年產量由1999年22億方快速增加到年560億方，10年間增加了25倍。20美國年產超三千億方。頁巖氣水平井分段壓裂模式美國頁巖氣年產量改變巖氣開采技術第12頁13四、我國石化頁巖油氣勘探開發覺實狀況自-年，中國石化頁巖氣勘探主要開展了選區評價、重點區塊評價、產能評價、產能建設四方面工作,實現了頁巖氣從勘探突破到商業發覺到規模開發跨越式發展。巖氣開采技術第13頁14四、我國石化頁巖油氣勘探開發覺實狀況巖氣開采技術第14頁，宣頁1、河頁1井找到頁巖，見氣顯示；，黃頁1、湘頁1井找到頁巖，獲低產氣流；.7, 彭頁HF-1井找到優質頁巖，產工業氣流；.12,焦頁1

6、HF井找到優質頁巖，獲高產氣流。，勘探分企業針對焦石壩區塊志留系龍馬溪組布署鉆探了焦頁1HF井，11月28日放噴測試獲20.3萬方/天工業氣流，取得了頁巖氣勘探突破，開啟了焦石壩區塊頁巖氣開發工作。 12月，涪陵頁巖氣田正式移交江漢油田分企業開發。15四、我國石化頁巖油氣勘探開發覺實狀況巖氣開采技術第15頁四、我國石化頁巖油氣勘探開發覺實狀況1月9日，焦頁1HF井投入試采，日產量6萬方，成為國內第一口投入商業開發頁巖氣井，標志涪陵頁巖氣田正式進入商業試采。1月，開啟試驗井組開發工作；并開展焦石壩區塊一期產建區整體評價。11月28日，一期產建方案經過總部審查。年1月，開啟一期產建工作。2012月

7、，圓滿建成涪陵頁巖氣田一期50億方產能。焦頁1HF井放噴點火照片巖氣開采技術第16頁截至底，氣田累計開鉆338口，完井306口，完成試氣274口，投產246口；建成頁巖氣年產能力70億方，預計年產頁巖氣可達一百億方。并建成60億方/年集輸工程、65億方/年脫水裝置、51000方/天供水系統、53座地面集氣站、110kV變電站。四、我國石化頁巖油氣勘探開發覺實狀況新建平臺：13座開鉆：30口完井：24口完成試氣：14口投產：13口新建產能：5億方產氣：1.42億方銷售：1.34億方實現當年開發，當年投產，當年見效。新建平臺：52座開鉆：148口完井：112口完成試氣：75口投產：76口新建產能：

8、20億方產氣：10.81億方銷售：10.38億方占當年全國頁巖氣總產量83%。新建平臺：10座開鉆：112口完井：120口完成試氣：109口投產：91口新建產能：25億方產氣：31.67億方銷售：30.41億方圓滿完成一期50億方產能建設任務。新建平臺：27座開鉆：50口完井：50口完成試氣：78口投產：66口新建產能：20億方產氣：50.37億方銷售：48.36億方二期產建建成產能20億方。巖氣開采技術第17頁課 程 目 錄第一章 頁巖氣開采概述第二章 頁巖氣鉆井技術第三章 頁巖氣完井與射孔作業第四章 頁巖氣分段壓裂技術第五章 頁巖氣連續油管技術第六章 頁巖氣試氣工藝第七章 頁巖氣井生產管理

9、技術巖氣開采技術第18頁19第二章 頁巖氣鉆井技術巖氣開采技術第19頁Devon能源企業在沃斯堡盆地進行了7口頁巖氣試驗水平井試采，取得了巨大成功。水平井最終評價開采儲量是直井3倍以上，成本只相當于直井1.5倍，初始產量與最終總產量也有很大關系，由此，業界開始大力推廣水平鉆井 。國外頁巖氣鉆井分析常規直井鉆井模式與水平鉆井模式對比巖氣開采技術第20頁EOG企業頁巖氣藏開發以叢式井組為主，每井組普通3-6口水平井，段長普通為1000-1500m，兩水平井之間井距為150m；井眼軌跡設計為“勺型”井眼，以實現盡可能水平段長度和儲層接觸面積，水平段微微上翹，便于排水。國外頁巖氣鉆井分析常規直井鉆井模

10、式與水平鉆井模式對比巖氣開采技術第21頁當前，直井主要目標是用于勘探（探井、試驗井），取得地層巖心資料，了解油氣藏特征，以取得鉆井、壓裂和投產經驗。水平井主要用于生產，增大儲層泄流面積，得到更高天然氣產量。國外頁巖氣鉆井分析巖氣開采技術第22頁-年底為川慶頁巖氣鉆井第一階段，共完鉆12口（其中直井9口，水平井5口），主要采取常規鉆井技術進行頁巖氣鉆井，鉆井過程中普遍表現出鉆速慢、事故復雜多、鉆井周期長特點。我國（四川）頁巖氣鉆井川慶頁巖氣第一階段鉆井指標巖氣開采技術第23頁1.山地復雜條件井場選址困難，建設費用大，環境保護要求高長寧、威遠、涪陵等頁巖氣示范區地處山區，地面溝壑縱橫，海拔4001

11、500m，人口密集，平臺井場建設難度大，費用高。一、我國（四川）頁巖氣鉆井主要難點國外頁巖氣井場地表環境 我國頁巖氣井場地表環境巖氣開采技術第24頁2.多層段鉆井易漏、易垮我國四川、重慶在青藏高原和四川盆地過渡帶，部分地域屬于卡斯特地貌。地質結構異常復雜。屬于地質災害高發地域，災害類型多以地震、滑坡、崩塌、泥石流為主。一、我國（四川）頁巖氣鉆井主要難點 地表易坍塌層 地表溶洞巖氣開采技術第25頁3.地層老，可鉆性差，前期鉆井機械鉆速低，單只進尺少4.產層埋藏深度深，縱向剖面上壓力系統復雜，鉆探難度高一、我國（四川）頁巖氣鉆井主要難點巖氣開采技術第26頁1.頁巖氣鉆井主要井身結構設計數據包含：1

12、）鉆頭程序及深度；2）套管程序及深度；3）水泥返深；4）射孔井段及深度；5）完井管柱規格及深度。二、頁巖氣鉆井井身結構設計序號開鉆次序鉆頭程序套管程序水泥返高外徑mm井深m外徑mm壁厚mm下深m1導管2一開3二開4三開巖氣開采技術第27頁2.頁巖氣鉆井主要井身結構設計圖：二、頁巖氣鉆井井身結構設計巖氣開采技術第28頁二、頁巖氣鉆井井身結構設計不一樣類型完井管柱類型圖不一樣規格完井管柱柱狀圖3.頁巖氣鉆井主要完井管柱狀態類型：巖氣開采技術第29頁三、頁巖氣鉆井巖氣開采技術第30頁四、頁巖氣地質導向鉆井技術發揮地質錄井作用，采取MWD+伽瑪隨鉆儀器跟蹤儲層，調整井眼軌跡，可實現一次性入靶，儲層鉆遇

13、率可達93%以上。巖氣開采技術第31頁1.PWD+伽馬隨鉆監測PWD隨鉆測壓是MWD隨鉆測量技術一個部分，通常由MWD+PWD組合，測量井眼軌跡數據和井底環空壓力，經過泥漿脈沖信號傳輸到地面，再由地面解碼系統解碼后取得對應數據，進而由軟件生成實時曲線圖。巖氣開采技術第32頁2.PWD隨鉆測壓優勢1.準確監測井底環空壓力；2.為控壓鉆井與控壓完井提供可靠依據與保障；3.動態測試地層壓力窗口；巖氣開采技術第33頁2.PWD隨鉆測壓優勢4.有效控制井底環空壓力，降低溢流和漏失，降低井控風險；5.有利于實現安全、快速鉆進；6.可串接伽瑪探管（MWD+PWD+Gamma），監測井底環空壓力同時，進行隨鉆

14、伽馬測量，為地質分層提供依據。巖氣開采技術第34頁五、頁巖氣鉆井固井情況1、針對水平井面臨固井困難，采取以下技術辦法確保固井質量；2、優化漿柱結構（前沖洗液+水基鉆井液+后沖洗液），提升井壁親水性；3、水平段套管安裝滾珠扶正器，降低摩阻。3口水平井139.7mm套管固井質量巖氣開采技術第35頁六、鉆機快速移動裝置1、長寧H2平臺：機械鉆機，配置滑軌式移動裝置，井間純移動時間2小時（移動前倒部分鉆具）2、長寧H3平臺：電動鉆機，配置步進式移動裝置，井間純移動時間1.5小時（移動前需倒全部鉆具）滑軌式液壓移動裝置 步進式液壓移動裝置巖氣開采技術第36頁課 程 目 錄第一章 頁巖氣開采概述第二章 頁

15、巖氣鉆井技術第三章 頁巖氣完井與射孔作業第四章 頁巖氣分段壓裂技術第五章 頁巖氣連續油管技術第六章 頁巖氣試氣工藝第七章 頁巖氣井生產管理技術巖氣開采技術第37頁第三章 頁巖氣完井與射孔作業巖氣開采技術第38頁一、頁巖氣完井類型 1.裸眼射孔完井； 2.套管（尾管）固井射孔完井； 3.組合式橋塞完井； 4.機械式組合完井。第一節 頁巖氣完井概述裸眼封隔器分段改造巖氣開采技術第39頁二、頁巖氣完井技術巖氣開采技術第40頁二、頁巖氣完井技術巖氣開采技術第41頁射孔是用磁性定位器或放磁組合下井儀所測曲線進行深度校正后，利用油氣井專用聚能射孔彈爆炸時產生高溫、高壓射流，依次射穿槍體、套管、水泥環及污染

16、帶，從而形成由目標層通向井筒油氣通道。射孔是完井工藝主要組成部分，射孔質量好壞對油氣井完井方式、產能、壽命和開發生產成本等都有重大影響。第二節 油氣井射孔概述巖氣開采技術第42頁一 油氣井射孔概述-1套管射孔完井是當前國內外使用最廣泛完井方法。該種完井方式優點是可選擇性地射開不一樣壓力、不一樣物性油層，以防止油層間干擾，還可避開夾層水、底水和氣頂，避開夾層坍塌，具備實施分層注、采和選擇性壓裂或酸化等分層作業。采取適當射孔器和射孔工藝，就能夠使射孔對產層傷害最小，完善系數高，從而取得理想產能。巖氣開采技術第43頁一 油氣井射孔概述-2按耐熱性能分類：普通按射孔彈主炸藥48小時耐熱性能劃分，分為三

17、種類型：1）常溫炸藥黑索金RDX：耐溫小于121/48h。2）高溫炸藥奧克托金HMX：耐溫介于121163/48h。3）超高溫炸藥六硝基芪HNS、皮威克斯PYX：耐溫大于163/48h。巖氣開采技術第44頁一 油氣井射孔概述-3射孔彈聚能射孔彈是依據聚能效應原理設計。聚能射孔彈是射孔器主體部件，由傳爆藥、主炸藥、藥型罩和殼體四部分組成，當射孔彈被引爆后，裝藥爆轟，壓垮藥型罩，形成高溫高壓高速聚能射流，射流沖擊目標物，在目標物內形成孔道，到達射孔目標。裝藥量、藥型罩配方及藥型罩幾何形狀尺寸決定了聚能射孔彈穿透深度。射孔彈結構示意圖巖氣開采技術第45頁一 油氣井射孔概述-4導爆索導爆索能以每秒60

18、00m以上速度傳爆并能引爆與它接觸炸藥、射孔彈、切割彈、傳爆管等。假如密集盤繞，其爆炸威力很大，可用于爆炸松扣或段管作業。分類：1）按耐溫性能可分為常溫(120)和高溫(170)導爆索。2）按承受壓力性能可分為承壓導爆索和不承壓爆索，承壓導爆索用于無槍身射孔和爆炸松扣；不承壓導爆索用于有槍身射孔。巖氣開采技術第46頁一 油氣井射孔概述-5雷管用來引爆導爆索關鍵部件，按起爆條件分為電雷管和撞擊雷管兩大類。電磁雷管屬于電雷管一個，因在其內部裝有一個選頻器件，只有在外界供給特定頻率及功率條件下才能引爆，能夠防靜電和射頻。主要用于江漢本土電纜射孔作業。巖氣開采技術第47頁一 油氣井射孔概述-6使用雷管

19、安全事項1、雷管應放于干燥通風及有防雷、防火設施庫房內。2、雷管不能與射孔彈、導爆索一起運輸及同庫存放。3、檢驗雷管電阻必須用雷管測試儀，禁止使用萬用表。4、使用中要輕拿、輕放，禁止摔打、擠壓。5、領取出庫要用專用安全保險箱，領發手續要齊全。6、使用后剩下雷管，要及時送回庫房，不得私自私存。巖氣開采技術第48頁一 油氣井射孔概述-7射孔槍管射孔槍分為有槍身射孔槍和無槍身射孔槍。1、無槍身射孔器彈架結構和分類無槍身射孔器彈架結構比較簡單，型式也比較多，國外在這方面有許多專利，從結構型式分為鋼絲彈架式、板式、鏈接式、桿式和張開式等。巖氣開采技術第49頁一 油氣井射孔概述-82、有槍身射孔器射孔槍通常由槍頭、槍身、槍尾